人教版高中化学 最拿分考点系列必修1 考点9 铁及其化合物的性质实验.docx
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人教版高中化学最拿分考点系列必修1考点9铁及其化合物的性质实验
考点9铁及其化合物的性质实验
【考点定位】本考点考查铁及其化合物的性质实验,涉及Fe2+、Fe3+的性质与检验、探究铁及其化合物的氧化性和还原性,明确检验Fe2+和Fe3+时的注意事项及成功制备Fe(OH)2的关键。
【精确解读】
实验一:
铁及其化合物的性质实验
实验项目
实验操作
实验现象
结论
Fe2+、Fe3+与NaOH溶液反应
取两支试管,分别盛适量FeSO4、FeCl3溶液,加入适量NaOH溶液,观察现象
对于FeSO4溶液,先生成的是白色沉淀,然后沉淀变成绿色,最后沉淀变成红褐色.对于FeCl3溶液则直接生成红褐色沉淀
FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4;
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓;FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl
Fe2+、Fe3+
与KSCN溶液反应
取两支试管,分别盛适量FeSO4、FeCl3溶液,加入适量KSCN溶液,观察现象.
对于FeSO4溶液,滴加KSCN溶液,无明显变化;对于FeCl3溶液,滴加
KSCN溶液,迅速变成血红色
FeCl3+3KSCN═3KCl+Fe(SCN)3[
血红色]
实验二:
探究铁及其化合物的氧化性和还原性
序号
实验设计
实验观察(主要现象)
离子方程式
解释与结论
①
在铁粉中滴入稀硫酸
铁粉溶解,溶液由无
色变成浅绿色,有无色无味的气体生成
Fe+2H+=H2↑+Fe2+
Fe具有还原性
②
氯化亚铁溶液中滴入KSCN溶液,再加入氯水
滴入KSCN溶液无明显变化,加入氯水立即变成血红色
2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-、Fe3++3SCN-=Fe(KSCN)3
Fe2+具有还原性
③
氯化亚铁溶液加入锌片
浅绿色褪去
Fe2++Zn=Fe+Zn2+
Fe2+具有氧化性
④
在氯化铁溶液中加入KSCN溶液,再加入足量Cu片(或铁粉或锌片)
加入KSCN溶液出现血红色,加入足量Cu片(或铁粉或锌片)后血红色消失
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
Fe3+具有氧化性
【精细剖析】
1.检验Fe2+、Fe3+的常用方法
(1)用KSCN溶液和氯水
(2)用NaOH溶液
(3)含Fe2+、Fe3+的混合溶液中Fe3+、Fe2+的检验
溶液变血红色,说明含有Fe3+
KMnO4溶液紫红色褪去,说明含有Fe2+。
2.检验Fe2+和Fe3+时的注意事项
(1)检验Fe2+时不能先加氯水后加KSCN溶液,也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN-)。
(2)Fe3+、Fe2+、Cl-同时存在时不能用酸性KMnO4溶液检验Fe2+(Cl-能还原酸性KMnO4,有干扰)。
(3)检验Fe2+、Fe3+的其他方法
①检验Fe2+最好、最灵敏的试剂是铁氰化钾K3[Fe(CN)6]:
3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色)。
②检验Fe3+也可用苯酚(C6H5OH),在FeCl3溶液中滴加苯酚,溶液显紫色。
3.成功制备Fe(OH)2的关键
Fe(OH)2具有很强的还原性,易被氧化为Fe(OH)3。
在实验室中制备Fe(OH)2,并使Fe(OH)2长时间保持白色沉淀状态,成功的关键有以下两点:
①溶液中不含Fe3+和O2等氧化性物质;
②制备过程中,保证生成的Fe(OH)2在密闭的隔绝空气的体系中。
4.常见的不能与Fe2+、Fe3+大量共存的离子
(1)Fe3+与HCO
、AlO
、CO
、ClO-等离子相互促进水解不能大量共存。
(2)Fe2+能被NO
(H+)、ClO-、MnO
(H+)氧化,不能大量共存。
(3)Fe3+能氧化S2-、I-、HS-、SO
等离子,不能大量共存。
【典例剖析】李强在学习了高中化学《铁及其化合物》一节的知识后,对初中“铁丝在氧气中燃烧”实验中的产物产生了疑惑,他认为燃烧时溅落下来的黑色物质中除了Fe3O4外可能还含有其他物质,为了验证自己的猜想,他在实验室中重做该实验,并进行了如下探究活动:
查阅资料:
①自然界中铁的氧化物主要是Fe3O4和Fe2O3两种,FeO高温时极易被氧化为Fe2O3,而Fe2O3在高温时又容易分解成Fe3O4和一种气体;②铁的氧化物的分解温度及铁的熔点:
Fe3O4
Fe2O3
Fe
分解温度/°C
1538
1400
-
熔点/°C
-
-
1535
(1)根据以上资料,李强提出猜想:
黑色物质的成分可能为___________________________;为了确定黑色物质的成分,李强设计了如下几个实验方案:
方案1:
取该黑色物质溶于足量的稀硫酸中,观察是否有大量气体生成;
方案2:
称取碾碎成粉末状的黑色物质a g,在空气中充分灼烧,待反应完全后,在干燥器里冷却,再称重,反复多次直到固体恒重,称得质量为b g,比较a、b的关系;
方案3:
取少量碾碎成粉末状的黑色物质,用磁铁吸引,看是否被吸起;
你认为能够证明李强猜想的合理实验方案是__________________,其他方案不合理的原因是__________________(只说其中的一个理由);
(2)针对李强的质疑,研究性学习小组又设计了新的探究方案,装置如下图所示
a.若反应都进行完全,要想确定黑色固体成分必须测定下列物理量中__________________(只填序号);
①通入氢气体积V ②反应前,黑色固体+硬质玻璃管的总质量m1 ③完全反应后黑色固体+硬质玻璃管的总质量m2 ④实验前,干燥管质量m3 ⑤硬质玻璃管质量m4 ⑥锌粒质量m5 ⑦稀硫酸中含溶质的量n ⑧实验后,干燥管质量m6;
b.根据测定的实验数据,计算出黑色固体中Fe3O4的质量分数为_____________________;
(3)向一定量FeO、Fe和Fe3O4的混合物中加入100 mL l.5 mol•L-1的盐酸,使混合物完全溶解,放出224mL(标准状况)气体,再向反应后的溶液中加入1 mol•L-1NaOH溶液,要使铁元素完全沉淀下来,所加入NaOH溶液的体积最少为_________________;
A.90 mL B.100 mL C.150 mL D.200 mL.
【答案】
(1)Fe和Fe3O4;黑色固体中Fe含量很少,同时在溶液中发生反应:
2Fe3++Fe=3Fe2+,则方案1看不到明显现象
(2)②③⑤
(3)C
【变式训练】某兴趣小组的同学发现将一定量的铁与浓硫酸混合加热时,观察到铁完全溶解,并产生大量气体.为此他们设计了如图装置验证所产生的气体;
(1)写出下列几种装置的作用:
B_____________,C_____________,G_____________;
(2)证明有SO2生成的现象是_____________;
(3)可以证明气体A装置生成气体中含有H2的实验现象是E中_____________,F中_____________;如果去掉装置D,还能否根据F中的现象判断气体中有H2?
___________(填“能”或“不能”),原因是_____________;
(4)反应后A的溶液中含有Fe3+和Fe2+,检验其中的Fe2+的方法是_____________;检验其中Fe3+的方法是_____________。
【答案】
(1)防止倒吸;验证有SO2生成,同时除去SO2;防止空气中的H2O进入F
(2)酸性高锰酸钾溶液颜色变浅(3)黑色(CuO)变成红色(Cu);白色粉末变成蓝色;不能;因为混合气体中可能含H2O,会干扰H2的检验(4)取A的溶液,滴加酸性高锰酸钾溶液,若红色褪去,证明有Fe2+;取少量A溶液,滴加KI和淀粉溶液,若溶液变为蓝色,则证明有Fe3+
【实战演练】
1.某同学用图示装置进行铁和稀硝酸反应的实验并进行相关的实验探究
a.向广口瓶内注入足量热NaOH溶液,将盛有一定质量的纯铁粉的小烧杯放入瓶中
b.关闭止水夹,点燃红磷,伸人瓶中,塞好胶塞
c.待红磷充分燃烧,一段时间后打开分液漏斗旋塞,向烧杯中缓慢滴入一定量的4mol•L-1的稀硝酸,铁粉完全溶解
【气体产物成分探究】
(1)实验前如何检查该装置的气密性?
___________________________________;
(2)燃烧红磷的目的是________________________________;
(3)为证明气体产物为NO,步骤c后还缺少的一步主要操作是________________________________;
【产物中铁元素价态探究】
(4)提出合理假设:
假设1:
产物中只有+2价铁;假设2:
___________________________,假设3:
产物中既有+2价铁,又有+3价铁;
(5)设计实验方案,验证假设1成立(写出实验操作步骤现象和结论):
_________________________;
【问题讨论】
(6)广口瓶中热NaOH溶液的主要作用是____________________________;若假设3成立,且所得溶液中n(Fe2+):
n(Fe3+)=3:
1时,则对应的离子反应方程式为_______________________________。
【答案】
(1)通过分液漏斗向广口瓶中加水,当水不能顺利滴下时停止加水,观察分液漏斗中水位,若水位不下降,则说明装置气密性良好
(2)除去广口瓶内的氧气,避免干扰产物成分的检验(3)打开止水夹,向瓶内通入少量空气(4)产物中只有+3价铁(5)取小烧杯中反应溶液少许放入一支试管中,滴加几滴KSCN溶液,溶液不显红色,再向其中加少量H2O2溶液,溶液显红色,则证明假设1成立(6)实验结束后,热NaOH溶液在充入足量空气(或氧气)条件下,将瓶中氮的氧化物及红磷燃烧生成的氧化物完全吸收防止空气污染;4Fe+12H++3NO3-=3Fe2++Fe3++3NO↑+6H2O
2.新型材料纳米级Fe粉具有超强的磁性,能用作高密度磁记录的介质以及高效催化剂等.
Ⅰ.实验室采用气相还原法制备纳米级Fe,其流程如图甲:
(1)FeCl2•nH2O固体加热脱水通常要通入___________________________________________;
(2)生成纳米级Fe的化学方程式为______________________________________;
Ⅱ.在不同温度下,纳米级Fe粉与水蒸气反应的固体产物不同:
温度低于570℃时生成FeO,高于570℃时生成Fe3O4.甲同学用图乙所示装置进行纳米级Fe粉与水蒸气的反应并验证固体产物
(3)B中收集到的气体是_______________(填名称),C装置的作用是_________________;
(4)乙同学为探究实验结束后试管内的固体物质成分,进行了下列实验:
实验步骤
实验操作
实验现象
①
将反应后得到的黑色粉末(假定均匀)取出少量放入另一试管中,加入少量盐酸,微热
黑色粉末逐渐溶解,溶液呈浅绿色,有少量气泡产生
②
向上述溶液中滴加几滴KSCN溶液,震荡
溶液没有出现红色
乙同学认为该条件下反应的固体产物为FeO.丙同学认为该结论不正确,他的理由是________________(用离子方程式表示);
(5)丁同学称取5.60gFe粉,反应一段时间后,停止加热.将试管内的固体物质在干燥器中冷却后,称得质量为6.88g.然后将冷却后的固体物质与足量FeCl3溶液充分反应,消耗0.08molFeCl3.丁同学实验的固体产物为______________________。
【答案】
(1)干燥的HCl气体
(2)FeCl2+H2
Fe+2HCl(3)氢气;提供反应所需的水蒸气(4)2Fe3++Fe=3Fe2+(5)Fe3O4、Fe
(3)B中生成气体为氢气,氢气不溶于水,能用排水法收集,装置C为加热水以产生水蒸气;(4)铁离子能与铁反应生成亚铁离子,故离子反应方程式为:
2Fe3++Fe=3Fe2+;
(5)3Fe+4H2O═Fe3O4+4H2Fe的质量为5.6g,则n(Fe)=0.1mol,如果这些Fe完全和水蒸气反应,那么应该生成
mol的Fe3O4,m(Fe3O4)=
×M(Fe3O4)=7.73g,但是现在只产生了6.88g的Fe3O4,就表明Fe没有完全反应,还有剩余,因为多出来的质量6.88g-5.6g=1.28g就是氧元素的质量,所以n(O)=
=0.08mol,而一个Fe3O4分子含4个氧原子,所以n(Fe3O4)=
×n(O)=0.02mol,m(Fe3O4)=0.02mol×M(Fe3O4)=4.64g,那么这6.88g固体中就含有Fe3O44.64g,而Fe就有6.88g-4.64g=2.24g,n(Fe)=
=0.04mol,依据反应Fe+2FeCl3═3FeCl2,所以消耗的FeCl3的物质的量是n(Fe)的2倍为0.08mol。
3.如图铁与水反应的实验中,下列做法不正确的是( )
A.试管中的铁粉用绕成团的细铁丝代替
B.将试管底部的湿棉花移到试管口部
C.用铁丝网罩罩住酒精灯火焰
D.点燃肥皂泡验证氢气的生成
【答案】B
【自我反思】
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